CN109103512A - 一种新型切叠一体机及电池制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于软包动力锂离子电池的新型切叠一体机及电池制造方法，涉及动力锂离子电池制造技术领域。本发明包括成卷上料机构、激光切极片机构、Z字型叠片机构和热压机构。与现有技术相比，本发明首次采用激光切极片的方式，并且激光直接对箔材进行分切，可以避免直接切料，既可以有效控制极片切割边缘毛刺过大的问题，又可以减少由于直接切料导致的掉料问题，大大改善了粉尘危害，使后续组装的成品电芯性能得到极大改善，极大的提高了电芯安全性。

Description

一种新型切叠一体机及电池制造方法

技术领域

本发明公开了一种应用于软包动力锂离子电池的新型切叠一体机及电池制造方法，涉及动力锂离子电池制造技术领域。

背景技术

在动力锂离子电池叠片领域，大多采用的分切极片方式为模切，即采用切刀直接对极片敷料区进行裁断，这样一方面会导致极片边缘毛刺过大，增加电芯短路的风险；另一方面直接切料会导致粉尘过大，极片掉料严重，切料产生的粉尘可能掉进极片或隔膜表面，大大增大短路率，严重影响电芯安全性。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前叠片技术的不足，提供一种采用激光分切极片的的新型切叠一体机，专门适应于软包锂离子动力电池。本发明能够进一步提高和改善电芯短路率，提高锂离子电池性能的一致性、安全性和使用寿命。

为了达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明是一种应用于软包动力锂离子电池的新型切叠一体机，包括依次连接的成卷上料机构，激光切极片机构，Z字型叠片机构和热压机构。

优选地，所述成卷上料机构包括正极传动辊子系统和负极传动辊子系统，所述传动辊子系统均包括依次排布的胀气轴装置、传动辊子、压带装置和纠偏装置，正负极料卷筒套在胀气轴装置上，传动辊子设于极片带上，传动辊子后设有将极片带暂时固定的压带装置；纠偏装置用于对极片带位置进行修正，在极片传动过程中及时纠正行程，保证正负极带在传送过程中的稳定平顺，包括位置传感器和可移动传动辊子。

优选地，所述激光切极片机构包括激光发射器和传感器，激光发射器位于待模切位置，传感器位于极片带上下两侧。极片带传送过程中，传感器检测出极片位置，当极片箔材区到达激光发射器所在位置时，发射激光进行模切极片。

优选地，所述Z字型叠片机构包括叠片台、正极机械手、负极机械手、隔膜放卷机构，隔膜放卷机构包括放置隔膜卷筒的胀气轴、起到牵引和缓冲作用的传动辊子及控制隔膜行程的纠偏辊子；用于抓取正负极片的正极机械手和负极机械手分别位于叠片台的两侧，实现正负极片的转移定位。

优选地，所述Z字型叠片机构中还含有用于实现叠片过程中对极片和隔膜压紧固定的压刀，压刀位于叠片台上且分布于叠片台两侧。

优选地，所述Z字型叠片机构中还含有用于实现叠片后自动贴胶带的贴胶装置。

优选地，所述热压机构包括加压气缸、热压上模和热压下模，另设有用于实现叠好电芯下工序物料转移的转移机械手。

利用上述新型切叠一体机的电池制造方法，包括以下步骤：

（1）正负极料卷筒套在成卷上料机构的正负极传动辊子系统的胀气轴装置上，通过气缸控制胀气轴的加紧和松开；极片带通过若干个传动辊子进行牵引和缓冲张力，传动辊子后设置的压带装置将极片带暂时固定，极片带传送过程中通过纠偏装置对极片带的位置进行修正；

（2）极片带传送过程中，传感器检测出极片位置，当极片箔材区到达激光切极片机构的激光发射器所在位置时，发射激光进行模切极片；

（3）经过激光分切的正、负极片分别通过Z字型叠片机构抓取正负极片的机械手被放置到固定装置叠片台上，隔膜经放卷机构也被传送至叠片台上，通过Z字形的方式，按照一层隔膜一层负极一层隔膜一层正极的包覆顺序叠成一个个固定正负极层数的完整叠芯；叠片过程中由压刀对堆叠好的极片和隔膜进行压紧固定；完整叠芯经过贴胶装置，实现叠片后的自动贴胶带；

（4）通过中途转移机械手将叠好的电芯送至热压机构，叠芯被送至热压下模固定位置，通过驱动热压气缸，使热压上模下移对叠芯进行热压，完成叠芯的固定整形。

本发明的有益效果在于：

通过间歇涂布的方式对正负极进行涂布，激光直接对未涂布区域的箔材区进行分切，由于激光直接分切箔材，避免直接分切料区，既可以有效控制极片切割边缘毛刺过大的问题，又可以减少由于直接切料导致的掉料问题，大大改善了粉尘危害，使后续组装的成品电芯性能得到极大改善，极大的提高了电芯安全性；其次，本发明采用的是Z字形叠片机构，可以将激光切的成型正负极片自动计数叠片，通过不裁断的上下隔膜将正负极片分隔开进行Z字形卷绕，设备叠片完成后进行自动贴胶带工序，相对于传统的卷绕结构，通过叠片方式加工的电芯具有更小的内阻和高倍率放电性能，成品的叠片电池还有着更好的循环特性、安全特性和能量密度等优良特性；最后，本发明采用了热压机构，将叠好的电芯进行整形、固定，可以使成品电芯更加平整，更好的改善极片的聚集状态及界面特性，进而提高电芯性能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-成卷上料机构、2-激光切极片机构、3-Z字型叠片机构、4-热压机构。

图2为成卷上料机构的结构示意图。

图中：10-胀气轴装置、11-传动辊子、12-压带装置、13-位置传感器、14-可移动传动辊子。

图3为激光切极片机构的结构示意图。

图中：20-激光发射器、21-极片带。

图4为Z字型叠片机构示意图。

图中：30-叠片台、31-正极机械手、32-负极机械手、33-压刀、34-负极片、35-正极片、36-隔膜。

图5为热压机构结构示意图。

图中：40-机械手、41-热压上模、42-热压下模。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

装置结构：

参阅附图1，本发明为一种应用于软包动力锂离子电池的新型切叠一体机，包括成卷上料机构1，激光切极片机构2，Z字型叠片机构3和热压机构4。

成卷上料机构1包括正极传动辊子系统和负极传动辊子系统，所述传动辊子系统均包括胀气轴装置10，可以固定极片料卷；传动辊子11，在极片传动过程中起牵引和缓冲作用；压带装置12，可以在极片穿带开始时起固定作用；传动纠偏装置，包括位置传感器13和可移动传动辊子14，可以在极片传动过程中及时纠正行程，保证正负极卷在传送过程中的稳定平顺。

激光切极片机构2包括激光发射器20和传感器，激光发射器20位于待模切位置，传感器位于极片带上下两侧。极片带传送过程中，传感器检测出极片位置，当极片箔材区到达激光切极片机构的激光发射器20所在位置时，发射激光进行模切极片。

Z字型叠片机构包括叠片台30、正极机械手31、负极机械手32、隔膜放卷机构，隔膜放卷机构包括放置隔膜卷筒的胀气轴、起到牵引和缓冲作用的传动辊子及控制隔膜行程的纠偏辊子。用于抓取正负极片的正极机械手31和负极机械手32分别位于叠片台30的两侧，实现正极片35、负极片34的转移定位。Z字型叠片机构中还含有压刀33，实现叠片过程中对极片和隔膜压紧固定的；贴胶装置，实现叠片后自动贴胶带。

热压机构4包括加压气缸、热压上膜41和热压下膜42，另设有用于实现叠好电芯下工序物料转移的转移机械手40。贴胶后的叠芯通过转移机械手40运至热压工序，加压气缸驱动热压上下模对叠芯进行加压整形。

电池制造方法：

将成卷的正负极卷装到成卷上料机构1的胀气轴装置上，在一系列传动辊子11上进行手动穿片，经过压带装置12进行固定，极片带在传送过程中通过纠偏装置进行行程控制，保证正负极卷在传送过程中的稳定平顺。极片带到达激光分切机构2时，通过传感器感知极片位置，通过激光发射器20对极片带21进行分切。接着经过Z字型叠片机构3，共包括4个工位的叠片装置，经过激光分切的正、负极片分别通过抓取正负极片的机械手31、32被放置到固定装置叠片台30上，隔膜36经放卷机构也被传送至叠片台上，通过Z字形的方式，按照一层隔膜一层负极一层隔膜一层正极的包覆顺序叠成一个个固定正负极层数的完整叠芯；叠片过程中由压刀33对堆叠好的极片和隔膜进行压紧固定；完整叠芯经过贴胶装置，实现叠片后的自动贴胶带，保证叠芯不会松散。然后通过中途转移机械手40将叠好的电芯送至最后的热压工序。叠芯被送至热压下模41固定位置，通过驱动热压气缸，使热压上模41下移对叠芯进行热压，完成叠芯的固定整形。

本发明是一种新型的切叠一体机，能高效快速的完成极片分切和叠片工序，并通过热压使加工出的成品叠芯外观优美，性能完善，更好的改善模切过程中的各种弊端和电芯风险，保证软包锂离子电池具有更好的性能一致性、安全性和使用寿命。

根据上述说明书的解释说明，本领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面描述的具体实施方式，对本发明的一些变更和修改也应当属于本发明的权利要求的保护范围，同时，由本发明试制出的软包电芯也属于本发明的权利要求保护范围。此外，本说明书中使用的一些特定术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种新型切叠一体机，其特征在于：包括依次连接的成卷上料机构（1）、激光切极片机构（2）、Z字型叠片机构（3）和热压机构（4）。

2.根据权利要求1所述的一种新型切叠一体机，其特征在于：所述成卷上料机构（1）包括正极传动辊子系统和负极传动辊子系统，所述传动辊子系统均包括依次排布的胀气轴装置（10）、传动辊子（11）、压带装置（12）和纠偏装置，正负极料卷筒套在胀气轴装置（10）上，传动辊子（11）设于极片带上，传动辊子（11）后设有将极片带暂时固定的压带装置（12）；纠偏装置用于对极片带位置进行修正，包括位置传感器（13）和可移动传动辊子（14）。

3.根据权利要求1所述的一种新型切叠一体机，其特征在于：所述激光切极片机构（2）包括激光发射器（20）和传感器，激光发射器（20）位于待模切位置，传感器位于极片带上下两侧。

4.根据权利要求1所述的一种新型切叠一体机，其特征在于：所述Z字型叠片机构（3）包括叠片台（30）、正极机械手（31）、负极机械手（32）、隔膜放卷机构，隔膜放卷机构包括放置隔膜卷筒的胀气轴、起到牵引和缓冲作用的传动辊子及控制隔膜行程的纠偏辊子；用于抓取正负极片的正极机械手（31）和负极机械手（32）分别位于叠片台的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种新型切叠一体机，其特征在于：所述Z字型叠片机构（3）中还含有用于实现叠片过程中对极片和隔膜压紧固定的压刀（33），压刀位于叠片台上且分布于叠片台两侧。

6.根据权利要求4或5所述的一种新型切叠一体机，其特征在于：所述Z字型叠片机构（3）中还含有用于实现叠片后自动贴胶带的贴胶装置。

7.根据权利要求1所述的一种新型切叠一体机，其特征在于：所述热压机构（4）包括加压气缸、热压上模（41）和热压下模（42），另设有用于实现叠好电芯下工序物料转移的转移机械手（40）。

8.利用权利要求1~7任一项所述的新型切叠一体机的电池制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）正负极料卷筒套在成卷上料机构的正负极传动辊子系统的胀气轴装置上，通过气缸控制胀气轴的加紧和松开；极片带通过若干个传动辊子进行牵引和缓冲张力，传动辊子后设置的压带装置将极片带暂时固定，极片带传送过程中通过纠偏装置对极片带的位置进行修正；

（2）极片带传送过程中，传感器检测出极片位置，当极片箔材区到达激光切极片机构的激光发射器所在位置时，发射激光进行模切极片；

（3）经过激光分切的正、负极片分别通过Z字型叠片机构抓取正负极片的机械手被放置到固定装置叠片台上，隔膜经放卷机构也被传送至叠片台上，通过Z字形的方式，按照一层隔膜一层负极一层隔膜一层正极的包覆顺序叠成一个个固定正负极层数的完整叠芯；叠片过程中由压刀对堆叠好的极片和隔膜进行压紧固定；完整叠芯经过贴胶装置，实现叠片后的自动贴胶带；

（4）通过中途转移机械手将叠好的电芯送至热压机构，叠芯被送至热压下模固定位置，通过驱动热压气缸，使热压上模下移对叠芯进行热压，完成叠芯的固定整形。